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利用调控组揭示古老转座子扩张影响普通小麦转录调控演化

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发表时间:2023-12-10 16:42作者:北京基因组所

   2022年11月14日,Nature Communications 在线发表了题为“Transposable elements orchestrate subgenome- convergent and -divergent transcription in common wheat”的研究论文,揭示了百万年前转座子的扩张影响现代小麦亚基因组转录调控的协同与分化。

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  本研究通过刻画189个转录因子的全基因组结合模式(图A),揭示小麦转录因子的结合位点在全基因组曾经发生多轮扩张(图B)。进一步对调控图谱开展进化分析,发现这些扩张与特定转座子(TE)家族的扩张密切相关。因而亚基因组特异TE家族扩张贡献于亚基因组的调控分化(图C)。

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     但是,高度分化的基因间区如何介导亚基因组协同调控呢?我们发现亚基因组协同的转录因子结合位点,大多只在一个亚基因组中由TE贡献(图D)。这样不平衡的TE插入为何伴随平衡的转录因子结合?我们推测,小麦基因组曾发生活跃的TE爆发和蜕化,导致很多TE不再具有经典的TE结构。于是,我们设计了统计检验策略,在全基因组水平鉴定基因附近蜕化的TE。我们发现三个亚基因组经历了不平衡的TE蜕化(asymmetric TE decay),而内部转录因子结合位点在亚基因组之间高度保守,受到平行选择(parallel evolution of TFBS)(图E)。追溯这些TE的类型和爆发时间,发现亚基因共同祖先中一个特定TE家族(RLG_famc1.4)的古老扩张(约500万年前),贡献于现代小麦大量转录因子的协同调控(图F)。结合转录组数据,发现这些转录因子平衡结合的靶基因在亚基因组间趋向于平衡表达。

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      综上,本研究通过整合普通小麦转录因子结合图谱并开发降解TE的检测方案,发现500万年前古老的TE扩张和亚基因组分化后新兴的TE扩张对普通小麦亚基因组协同和分化调控的不同贡献,展示了转座子池的可塑性如何影响多倍体调控的可塑性(图G)。

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